Efficient long fragment editing technique enables large-scale and scarless bacterial genome engineering

基因组 异丁醇 基因组工程 合成生物学 代谢工程 质粒 基因组编辑 计算生物学 生物 细菌基因组大小 片段(逻辑) 插入(复合材料) DNA 大肠杆菌 遗传学 基因 计算机科学 生物化学 程序设计语言 工程类 机械工程 乙醇
作者
Chaoyong Huang,Liwei Guo,Jingge Wang,Ning Wang,Yi‐Xin Huo
标识
DOI:10.1101/2020.01.28.922609
摘要

ABSTRACT Bacteria are versatile living systems that enhance our understanding of nature and enable biosynthesis of valuable chemicals. Long fragment editing techniques are of great importance for accelerating bacterial genome engineering to obtain desirable and genetically stable strains. However, the existing genome editing methods cannot meet the needs of engineers. We herein report an efficient long fragment editing method for large-scale and scarless genome engineering in Escherichia coli . The method enabled us to insert DNA fragments up to 12 kb into the genome and to delete DNA fragments up to 186.7 kb from the genome, with positive rates over 95%. We applied this method for E. coli genome simplification, resulting in 12 individual deletion mutants and four cumulative deletion mutants. The simplest genome lost a total of 370.6 kb of DNA sequence containing 364 open reading frames. Additionally, we applied this technique to metabolic engineering and obtained a genetically stable plasmid-independent isobutanol production strain that produced 1.3 g/L isobutanol via shake-flask fermentation. These results suggest that the method is a powerful genome engineering tool, highlighting its potential to be applied in synthetic biology and metabolic engineering.
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